硅烯中的量子核运动：通过路径积分模拟评估结构与振动特性

本文探讨了量子核运动与非谐性之间的相互作用，这种相互作用对硅烯的结构和动力学特性产生了非平凡的影响。硅烯是硅的一种二维(2D)同素异形体，具有有趣的电子和力学性质。我们采用路径积分分子动力学(PIMD)模拟研究了原子核的量子离域，揭示了其对硅烯原子尺度行为的影响。我们的研究表明，这种离域引起了硅烯结构参数的显著偏差，影响了面内表面积、键长、键角、可压缩性以及整体晶格动力学。通过广泛的模拟，我们深入探讨了25至1200 K之间的温度依赖行为，揭示了量子核涨落主导热膨胀和声子谱的作用。通过将使用高效紧束缚哈密顿量的PIMD模拟结果与经典分子动力学模拟结果进行比较，我们评估了核量子效应的程度。我们将该材料中的量子效应大小与其他相关二维晶体固体（如石墨烯和SiC单层）中的量子效应进行了比较。观测到的量子效应表现出与经典预测不可忽略的偏差，强调了在理解该材料有限温度行为时进行精确量子处理的必要性。在低温 $T$ 下，硅烯的二维压缩模量由于量子核运动降低了14%。